[发明专利]一种负载的金属催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于不同载体表面负载金属催化剂的制备方法，所制备金属催 化剂可广泛应用于环境中污染物去除，染料脱色，汽车尾气处理、空气净化等环境化工领 域。

背景技术

目前，由于金属纳米粒子在催化领域有着重要的应用，很多研究人员将精力投入 到新型催化剂的开发，这些催化剂涉及能源环境治理等关系国计民生的重要方面。催化剂 催化作用的关键是催化剂的稳定性，即催化剂纳米粒子长期使用稳定性。众所周知，纳米粒 子具有高的表面能，在加工过程中易发生聚集现象，影响催化剂效果。

专利CN103934003A（武汉大学苏州研究院）通过将银盐与金属盐在氨硼烷还原剂 作用下制备核壳结构的催化剂。由于核壳结构限制了银纳米颗粒的聚集，因此，制备的催化 剂对氨基硼烷水解具有高效的催化活性。

在空气净化和化工产品催化领域，负载型金属催化剂是目前研究的一个重要方 向。如汽车尾气处理领域，在传统方法的催化方法上发展起来的负载型金催化剂在汽车尾 气净化中也得到了相当的应用，金银铂铜等金属能够在温度低湿度高的条件下对尾气进行 催化，而且效果很好，世界许多科学家正设法用纳米金银等贵金属来催化汽车尾气的反应。 保持纳米金属的稳定性是目前研究的热点。相对于价格高昂的金铂贵金属，银价格相对廉 价，而催化性能较优异，因此使用范围非常广泛。负载银催化剂最早应用于乙烯环氧化制备 环氧乙烷。1930年法国Lefort催化剂公司利用银催化剂将乙烯直接氧化成功制得环氧乙 烷；1938年美国UCC公司根据Lefort催化剂公司的研究成果建成世界第一套空气直接氧化 乙烯生产环氧乙烷的装置。如今，负载银催化剂还是生产环氧乙烷/乙二醇唯一的催化剂。 目前，负载银催化剂被用作氧化甲醛、乙醇、乙醛、丙酮、甲醇、二甲醚、丙醇、丁醇和丙烯等 的催化剂。

邻苯二酚类衍生物具有强烈的自聚和粘附能力，可以粘附于多种基材表面，同时 也可以通过苯环上的官能团螯合某些金属离子如铜离子形成配位键。且聚多巴胺复合层对 某些金属离子如银离子、金离子、铂离子等具有较强的还原能力，当表面沉积聚多巴胺层的 改性材料浸入金属盐溶液中时，复合层能还原金属阳离子生成金属纳米粒子并沉积在材料 表面，制得有机无机复合材料。但现有的专利都是通过两步法实现金属纳米粒子在基材表 面的负载，首先先将邻苯二酚类衍生物在pH>8的条件下，氧化自聚生成聚合层，然后再浸泡 入金属盐溶液中，进而负载金属离子或金属纳米颗粒。如专利201010207754.6（一种以浸 渍工艺制备载有纳米银抗菌织物的方法）通过对纺织物如衣服等表面进行多巴胺改性，然 后浸泡于硝酸银溶液中，得到表面生长银纳米颗粒的抗菌织物。如专利CN103418250A（一种 在分离膜表面原位生成纳米粒子的方法）也是采用两步法将纳米粒子负载在分离膜表面。

为了简化反应过程和增加基材负载纳米催化剂的制备方法的普适性，本发明采用 一步法实现在基材表面负载金属离子、金属或金属氧化物纳米颗粒。通过将邻苯二酚类衍 生物单体和金属盐溶液与基材直接共混到水溶液中，制备载体型催化剂。其中金属盐溶液 起着氧化剂的作用，促进邻苯二酚类衍生物单体的氧化聚合反应，同时金属盐被螯合或还 原成金属纳米颗粒。此负载过程简单，适用于多种基材，而且反应适应于更宽范围的pH，只 要满足金属盐溶液不沉淀即可。

此负载贵金属催化剂是一类广泛应用的环境友好的催化剂材料，可高效用于染料 废水脱色、废水有机污染物消除、汽车尾气处理、空气净化、加氢及重整催化反应、气体传感 器、燃料电池等环境化工领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高效稳定的基材负载金属催化剂的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供一种上述基材负载金属催化剂的应用。该催化剂作 为高效催化剂可应用于汽车尾气处理、废水处理、工业催化等能源环境化工领域。

本发明提供如下的技术方案：

一种负载的金属催化剂，其特征在于，包括载体骨架材料和负载在所述载体骨架材料 表面的金属或金属氧化物的纳米颗粒，或螯合在载体骨架材料表面的金属离子。所述的负 载在载体骨架材料表面的金属或金属氧化物或金属离子有催化剂的功能，在溶剂体系中依 旧稳定负载在载体骨架材料表面。